He aquí el neutrón el hijo medio de las partículas subatómicas. A veces eclipsado por sus hermanos cargados eléctricamente, el protón y el electrón, los neutrones juegan silenciosamente papeles importantes en la seguridad nacional. Comienzan reacciones nucleares para armas y plantas de energía. Bombardean materiales para pruebas de seguridad nuclear. Y ahora tienen una nueva habilidad:saber si un oculto, se carga el detonador eléctrico.

El experto en sensores cuánticos de Sandia, Yuan-Yu Jau, está ayudando a los neutrones a desarrollar su talento. Está liderando un esfuerzo por construir un nuevo tipo de sistema de imágenes basado en neutrones. Cuando esté terminado, permitirá a las personas examinar de forma segura las cajas de metal selladas cuando abrirlas podría ser peligroso, ya sea porque adentro hay un arma explosiva o un mal funcionamiento, fuego de alto voltaje en un rango de misiles.

"No hay otras tecnologías que puedan obtener imágenes directas de un campo eléctrico con barreras físicas, ", Dijo Jau." Una ventaja de esta tecnología de imágenes es que puede determinar absolutamente las magnitudes y direcciones de los campos eléctricos ".

Jau ya ha demostrado que los neutrones están a la altura de la tarea en general, instalación especializada:el Instituto Nacional de Estándares y Centro de Tecnología para la Investigación de Neutrones en Gaithersburg, Maryland. Actualmente está explorando cómo rediseñar el sistema en un sistema más pequeño, prototipo de campo para aplicaciones de seguridad.

Los generadores de neutrones compactos están disponibles comercialmente para laboratorio, usos médicos e industriales, pero en general, estos escupen neutrones con tanta energía que el sistema de imágenes no puede manipularlos y analizarlos. Jau está trabajando para construir un generador personalizado que arroje neutrones con energías mucho más bajas.

La Administración Nacional de Seguridad Nuclear está financiando sus esfuerzos.

El giro de neutrones expone campos eléctricos

Una caja de metal, o jaula de Faraday, bloquea las ondas electromagnéticas que intentan entrar o salir. Esto oculta los dispositivos cargados eléctricamente en el interior y hace que el contenido sea difícil de sondear sin abrir la caja. Las partículas cargadas como protones y electrones tienen problemas para penetrar la barrera, lo que da a los neutrones neutros la oportunidad de brillar.

Los neutrones atraviesan el metal con relativa facilidad, y aunque no tienen carga eléctrica, ellos giran. Ese giro cambia muy levemente cuando la partícula pasa a través de un campo eléctrico. Jau aprovecha este fenómeno polarizando neutrones, para que todos tengan el mismo giro, y dispararlos a través de una caja de metal en un detector en el otro lado.

Algunos de los neutrones nunca llegarán al detector porque chocan con el objeto oculto. Los neutrones que lo hacen crean una silueta similar a los rayos X en el detector. De estas partículas cualquiera que también pase a través de un campo eléctrico tendrá un giro diferente cuando golpee el detector que cuando comenzó. Esto crea una segunda imagen que muestra dónde están los campos eléctricos. De esa foto los operadores pueden descifrar el voltaje del objeto y si está cargado, incluso si está apagado o en modo de suspensión.

Según Jau, los neutrones también podrían usarse de manera similar para otras aplicaciones. Podrían usarse para estudiar las propiedades eléctricas de nuevos materiales, analizar la capacidad de almacenamiento en baterías avanzadas o diagnosticar componentes eléctricos de complejo, máquinas ensambladas sin quitarlas.

"En la práctica, diferentes aplicaciones requieren diferente sensibilidad de campo eléctrico y resolución de imagen, ", Dijo Jau." No significa que nuestra demostración de prueba de concepto esté lista para todas las aplicaciones. Varios de ellos ya se pueden hacer usando la configuración experimental demostrada, pero algunos otros requieren mejoras adicionales en el rendimiento o en las tecnologías disponibles ".

En otras palabras, el poderoso neutrón podría tener más talentos sorpresa para mostrar en el futuro.